Загрязнение тяжелыми металлами и охрана почв

К тяжелым металлам относят V, Сr, Mn, Со, Ni, Сu, Zn, As, Mo, Сd, Hg, Pb, Bi, Te, Sb и др. критическую группу веществ – индикаторов стресса окружающей среды составляют Hg, Pb, Сd, As, Zn. Из них особенно опасны Hg, Pb, Сd и их соединения. Тяжелые металлы, поступая из почвы в растения, передвигаясь по пищевым цепочкам в конечном счете оказывают токсичное действие на растения, животных и человека.

Наиболее токсична ртуть, особенно в форме метилртути (СН₃Hg)⁺. Метилртуть поступает в биосферу двумя путями: образуется из неорганической ртути в анаэробных условиях, соединяясь с органическим веществом; поступает с зерном, которое предварительно обработано ртутьсодержащими препаратами против грибковых заболеваний.

Накопление ртути в организме человека может вызвать поражение почек, печени, мозга, психические расстройства и смерть.

Свинец также может передвигаться по пищевым цепям и поступать в организм человека. Доза свинца 100 мкг/кг сухого веса корма считается летальной для животных. Особенно токсичен тетраэтилсвинец, который ранее добавлялся в бензин. При сгорании 1 л такого горючего в воздух попадало 200-400 мг свинца.

Из почвы свинец поступает в растения и накапливается в них. В зерне пшеницы и ячменя его количество может превышать фоновое содержание в 5 – 8 раз, в капусте и моркови – в 4 – 7 раз, в клубнях картофеля – в 26 раз и более. Сельскохозяйственные продукты, полученные из растений, возделываемых возле шоссейных дорог, содержат свинца в 5 – 10 раз больше, чем на расстоянии от них.

Кадмий. В микроколичествах кадмий необходим человеку, т.к. регулирует содержание сахара в крови. В повышенных концентрациях сильно токсичен, может вызвать ломкость костей, повышать кровяное давление, накапливаться в печени и почках.

В почву кадмий поступает с суперфосфатом или с семенами, обработанными некоторыми фунгицидами, в атмосферу – при сжигании топлива, пластмассы. Кадмийсодержащие минералы встречаются как сопутствующие цинка в цинковых полиметаллических рудах. Поэтому добыча и металлургия цинка является также источником загрязнения почв кадмией.

Содержание кадмия в различных типах почв неодинаково и колеблется в пределах в пределах от сотых долей мг до 60 мг/кг почвы. Загрязнение почв кадмием подавляет ферментативную активность и ингибирует микробиологическую деятельность. Повышенное содержание кадмия в почве на снижении урожая сказывается мало, более заметно – на качестве сельскохозяйственной продукции.

Мышьяк попадает в почву в результате сжигания угля, с отходами металлургической промышленности и предприятий по производству удобрений. Фоновое содержание мышьяка в почвах составляет сотые доли мг/кг.

Цинк и медь в микроколичествах также необходимы живым организмам. Они менее токсичны, чем другие тяжелые металлы. Основной источник поступления в почву цинка и меди – металлургическая промышленность. Повышенное их количество угнетает рост микроорганизмов, снижает ферментативную активность почв, снижает урожай растений.

Тяжелые металлы в совокупности оказывают более сильное токсичное воздействие на микроорганизмы, чем эквивалентное количество каждого элемента в отдельности. Т.к. выбросы в атмосферу тяжелых металлов производятся в различных сочетаниях, воздействие их на живые организмы бывает более сильным, чем предполагаемое на основании гигиенических норм для отдельных элементов.

Основными источниками загрязнения почв тяжелыми металлами являются: отходы металлообрабатывающей промышленности, промышленные выбросы, продукты сгорания топлива, автомобильные выхлопы отработанных газов, химизация сельского хозяйства.

Согласно расчетам, вклад антропогенного свинца составляет 94-97 % (остальное – природные источники), кадмия – 84-89 %, меди – 56-87 %, никеля – 66–75 %, ртути – 58 %.

Анализ вклада производств различного вида в глобальный поток эмиссии тяжелых металлов показывает, что 73 % меди, 55 % кадмия связаны с выбросами предприятий по производству меди и цинка, 54 % эмиссии ртути приходится на сжигание угля, 46 % никеля – на сжигание нефтепродуктов, 86 % свинца поступает в атмосферу от автотранспорта. Тяжелые металлы в окружающую среду поставляет сельское хозяйство, где применяются пестициды и минеральные удобрения. Контроль за загрязнением почв тяжелыми металлами проводят прямыми методами отбора почвенных проб на изучаемой территории с последующим химическим анализом.

Установление ПДК для токсикантов, содержащихся в почвах,- задача довольно сложная. Отправной точкой считается переход токсикантов из почвы в растения, т.е. растениеводческая продукция не должна содержать токсикантов больше некоторого количества. Например, в кормах для животных содержание свинца не должно превышать 10 – 15 мг/кг воздушно-сухого вещества, цинка – 250 – 300, кадмия – 3 мг/кг. Сложность установления ПДК содержания тяжелых металлов состоит в том, что их поступление из почвы в растения зависит от многих факторов – свойств почвы, биологических особенностей растений, климатических условий.

Меры по охране почв и растений от вредного воздействия тяжелых металлов делятся на две группы – предупредительные и снижающие вредное воздействие. К предупредительным относятся мероприятия, выполняемые на стадии проектирования, выбора технологии производства и совершенствования очистных сооружений. В случае, когда произошло загрязнение почв тяжелыми металлами, мероприятия по снижению их вредного воздействия на растения сводятся к подбору культур и сортов, мало их накапливающих, а также совершенствованию агротехники возделывания.

Химические удобрения. Увеличить производство сельскохозяйственной продукции можно экстенсивным или интенсивным путем.

Экстенсивный путь – расширение посевных площадей, требует значительных капитальных затрат. Интенсивный путь – увеличение урожая с единицы площади за счет энергетических субсидий в виде удобрений, пестицидов, обработки почвы, селекции и т.д.

Основные источники поступления агрохимических средств в биосферу: механические потери в технологической цепи от завода до поля, смыв с поверхности полей в гидрографическую сеть, вертикальная миграция по профилю почвы до грунтовых вод, накопление в избыточном количестве вследствие нерационального их использования, газообразные потери, гл.образом азота, вследствие протекания в почве микробиологических, химических и др. процессов; потери отходов животноводства в результате бесхозяйственного их использования; непродуманное и бесконтрольное использование в качестве удобрений отходов различных отраслей промышленности.

Основные причины загрязнения окружающей среды удобрениями – несовершенные химические, физические и механические свойства самих удобрений, нарушения научно-обоснованных технологий их внесения.